Meranie hladiny v silách: ako zvládnuť prach, násypy a nerovný povrch?

Meranie hladiny cementu, múky, granulátu alebo drevnej štiepky prináša iné výzvy než meranie kvapalín. Sypký materiál nevytvára rovný povrch. Pri plnení vznikajú násypy, pri vyprázdňovaní prepadliny a počas manipulácie môže priestor sila zaplniť prach.

Výsledok ovplyvňuje nielen zvolený snímač, ale aj jeho umiestnenie, geometria sila a správanie materiálu.

Ako vybrať vhodnú technológiu, kam umiestniť snímač a prečo presná výška hladiny ešte nemusí znamenať presný údaj o zásobe?

1. Prečo je meranie sypkých materiálov náročné?

Povrch sypkého materiálu sa mení podľa spôsobu plnenia a vyprázdňovania. Pod plniacim otvorom vzniká násypný kužeľ, zatiaľ čo nad výpustom sa môže vytvárať priehlbina.

Sklon povrchu súvisí so sypným uhlom materiálu. Jeho správanie ovplyvňujú napríklad zrnitosť, vlhkosť a súdržnosť častíc.

Medzi najčastejšie komplikácie patria:

• Prašnosť – najmä počas pneumatického plnenia.

• Nerovný povrch – odlišná výška materiálu v jednotlivých častiach sila.

• Nánosy – na stenách, anténe alebo kontaktnej sonde.

• Vnútorné konštrukcie – výstuhy a ďalšie prekážky vytvárajúce rušivé odrazy.

• Klenbovanie a kanálový tok – materiál sa nevyprázdňuje rovnomerne.

• Premenlivé vlastnosti materiálu – ovplyvňujú odraz signálu aj prepočet zásoby.

Snímač preto treba vyberať podľa konkrétneho materiálu a prevádzky, nie iba podľa výšky sila.

2. Akú technológiu merania zvoliť?

Pri výbere je potrebné rozlišovať medzi priebežným meraním hladiny a signalizáciou dosiahnutia určitej úrovne.

Pre prašné silá býva bezkontaktný radar vhodnou prvou voľbou. Nemá sondu ponorenú do materiálu, a preto na ňu nepôsobia ťahové sily pri vyprázdňovaní.

Radar s vedenou vlnou môže byť vhodný pre vybrané aplikácie, ale lanová sonda musí odolať mechanickému namáhaniu. Ultrazvuk môže pri intenzívnom prášení strácať použiteľný odraz.

Prečo sa používajú radary s frekvenciou 80 GHz?

Pri porovnateľnej veľkosti antény umožňuje vyššia frekvencia užšie sústredenie radarového lúča. To pomáha obmedziť odrazy od stien a vnútorných konštrukcií.

Úzky lúč však automaticky nezabezpečuje správne meranie celého obsahu sila. Stále sleduje určitú oblasť povrchu a potrebuje vhodné umiestnenie.

3. Kam umiestniť snímač pri násypoch a nerovnom povrchu?

Montážny otvor, ktorý je najľahšie dostupný, nemusí byť najvhodnejším miestom merania.

Pred montážou treba poznať polohu plnenia a výpustu, tvar sila aj predpokladaný pohyb materiálu.

Základné zásady sú:

• Vyhnúť sa prúdu padajúceho materiálu, ktorý môže rušiť meranie a zanášať anténu.

• Zohľadniť steny a výstuhy, najmä v úzkych alebo členených silách.

• Preveriť montážne hrdlo – jeho rozmery musia vyhovovať anténe a pokynom výrobcu.

• Zvoliť vhodné nasmerovanie podľa tvaru násypu a spôsobu vyprázdňovania.

• Overiť meranie pri plnení aj vyprázdňovaní, nielen na stojacom materiáli.

Pri niektorých radaroch a aplikáciách výrobca odporúča orientovať meranie smerom k výpustu. Nejde však o univerzálny montážny uhol pre každé silo.

Pri uvedení do prevádzky pomáha kontrola krivky odrazov a správne nastavenie potlačenia rušivých signálov. Nastavenie musí zohľadňovať skutočnú hladinu, aby sa nepotlačil aj užitočný odraz.

Praktický príklad

Pri plnení sila sa pod prívodom granulátu vytvorí vysoký násyp. Snímač nasmerovaný na jeho vrchol zaznamená vyššiu hladinu než snímač sledujúci oblasť pri stene.

Obidva údaje môžu správne opisovať miestny povrch. Ani jeden však automaticky nepredstavuje priemernú výšku materiálu v celom sile.

Miesto merania preto treba voliť podľa účelu: sledovanie zásoby, riadenie plnenia alebo kontrola vyprázdňovania.

4. Ako zvládnuť prach a zanášanie?

Prach vo vzduchu a usadeniny na anténe predstavujú dva rozdielne problémy.

Radar vhodný pre sypké materiály môže spoľahlivo pracovať aj pri výraznej prašnosti. Hrubá alebo priľnavá vrstva na anténe však môže zhoršiť kvalitu signálu.

Pri návrhu pomáha:

• umiestnenie mimo najintenzívnejšieho prúdu materiálu a prachu,

• výber antény vhodnej pre dané médium,

• obmedzenie podmienok podporujúcich nalepovanie materiálu,

• dostupnosť snímača na kontrolu a čistenie,

• pri vhodnom vyhotovení použitie ofuku podľa pokynov výrobcu.

Ofuk nie je povinnou súčasťou každého radaru. Jeho potreba závisí od materiálu, konštrukcie antény a prevádzkových podmienok.

Dôležité je sledovať správanie snímača počas celého cyklu. Ak meranie funguje pri odstavenom plnení, ale počas dopĺňania vypadáva, treba preveriť podmienky merania aj montáž.

5. Prečo výška hladiny nie je to isté ako množstvo zásoby?

Hladinomer meria vzdialenosť k povrchu materiálu. Z nej sa určuje výška hladiny. Pre výpočet objemu treba poznať geometriu sila a predpoklady o tvare povrchu.

Pri nerovnom násype môže presný údaj z jedného miesta viesť k nepresnému odhadu celkového objemu.

Pri prepočte na hmotnosť navyše vstupuje do výpočtu sypná hmotnosť, teda hmotnosť materiálu na jednotku objemu vrátane medzier medzi časticami.

Praktický príklad

Predpokladajme, že odhadnutý objem zásoby je 50 m³:

Rozdiel predstavuje 5 ton, hoci objem je rovnaký. Hodnoty sú ilustračné.

Sypná hmotnosť sa môže meniť napríklad zhutnením, prevzdušnením alebo vlhkosťou materiálu. Pri požiadavke na presnú evidenciu ton preto treba posúdiť nielen hladinomer, ale aj spôsob výpočtu a overovania zásoby.

Podľa aplikácie môže byť potrebné viacbodové meranie, zmapovanie povrchu alebo váženie sila. Presnosť merania vzdialenosti nemožno priamo zamieňať za presnosť inventúry.

6. Ako správne navrhnúť meranie a ktorým chybám sa vyhnúť?

Na výber vhodného riešenia je užitočné pripraviť:

• Názov a vlastnosti materiálu – zrnitosť, vlhkosť, prašnosť a sklon k nalepovaniu.

• Rozmery a výkres sila – vrátane kužeľovej výsypky a vnútorných prekážok.

• Spôsob plnenia a vyprázdňovania.

• Požadovaný merací rozsah a maximálnu prevádzkovú hladinu.

• Teplotu, tlak a podmienky prostredia.

• Účel merania – výška, orientačný objem, evidencia zásoby alebo signalizácia maxima.

• Výstup a komunikáciu s riadiacim systémom.

• Prípadnú požiadavku na vyhotovenie do prostredia s výbušným prachom.

Najčastejšou chybou je výber iba podľa dosahu snímača. Rovnako problematické je meranie priamo v plniacom prúde alebo očakávanie presného údaja v tonách z jedného bodu bez overenia prepočtu.

Kontinuálny hladinomer a limitný snímač majú rozdielne úlohy. Ak má byť zabezpečená samostatná ochrana proti preplneniu, treba jej návrh posúdiť osobitne.

Riešenia VEGA

Výrobca VEGA ponúka radarové hladinomery VEGAPULS na kontinuálne meranie sypkých materiálov vrátane riešení pre vysoké, úzke a prašné silá.

Podľa aplikácie možno meranie doplniť limitnými snímačmi, napríklad vibračnými snímačmi VEGAVIB. Konkrétny typ a vyhotovenie sa vyberajú podľa vlastností materiálu a požadovanej funkcie.

Záver

Spoľahlivé meranie hladiny v silách závisí od správnej kombinácie technológie, montáže a nastavenia. Prach, násypy a nerovný povrch nemusia byť prekážkou, ak sa zohľadnia už pri návrhu.

Bezkontaktný radar predstavuje vhodné riešenie pre mnohé aplikácie so sypkými materiálmi. Treba však rozlišovať medzi meraním miestnej výšky hladiny a výpočtom celkového objemu či hmotnosti zásoby.

Spoločnosť REFLOW SK dodáva riešenia pre priemyselné meranie hladiny vrátane radarových hladinomerov a limitných snímačov VEGA.

Pomôžeme vám vybrať vhodný snímač a posúdiť jeho umiestnenie podľa materiálu, geometrie sila a požiadaviek vašej prevádzky.